地殻応答による断層への応力載荷過程の解明と予測

課題番号1203

（1）実施機関名：

東北大学

（2）研究課題（または観測項目）名：

地殻応答による断層への応力載荷過程の解明と予測

（3）関連の深い建議の項目：

1．（3）ウ．内陸地震と火山噴火

（4）その他関連する建議の項目：　　

1．（2）イ．プレート境界巨大地震
1．（4）ア．構造共通モデルの構築
1．（4）イ．断層滑りと破壊の物理モデルの構築
2．（2）ア．プレート境界滑りの時空間発展
2．（2）イ．地殻ひずみ・応力の変動

（5）優先度の高い地震・火山噴火との関連：

東北地方太平洋沖地震

（6）平成25年度までの関連する研究成果（または観測実績）の概要：

　東北地方太平洋沖地震の発生を受けて見直された建議に基づき新たに作られた課題である1219、1220、1441、1444、1445等により、東北地方内陸の差応力がかなり小さいこと、本震後に岩手-宮城内陸地震の余震等は低調となったものの、地殻流体が関与すると考えられる活動が各地で生じたこと、本震時の内陸の歪変化の空間分布が本震前の歪レートの不均質性パターンとは必ずしも整合しないこと、等の重大な成果が得られた。

（7）本課題の5か年の到達目標：

　本研究では、観測から求められている東北日本弧の弾性・非弾性構造を、実験的アプローチと連携してより物性的不均質にまで踏み込んで明らかにし、その中で進行する変形過程を観測・シミュレーションの両面から明らかにすることで、内陸地震断層域への応力載荷プロセスの理解を深める。
　2011年東北地方太平洋沖地震の後、大きな余効変動が捉えられており、これは余効滑りと粘性緩和の両方の影響が入っている。この粘性緩和の影響を分離して推定できれば、粘性係数の分布が推定でき、地震波トモグラフィの結果とあわせてレオロジー構造を構築することができる。このレオロジー構造を用いてシミュレーションすることにより、どこにどのように応力・歪が集中するのかを推定し、これと実際の地震活動・測地データと比較することにより、モデルの検証・改良を行うことができる。低粘性の領域が推定された場合、その原因としては、温度・流体量・岩石組成等の違いが考えられる。電磁気学的知見と地質学的知見も総合することによって得られた不均質構造の生成原因の推定も行うことができると期待される。
　本課題では、上記のような観点から、2011年東北地方太平洋沖地震後の余効変動・余震活動を調べ、さらに詳細な地震波速度・比抵抗の3次元構造を推定し、これらを比較することにより、東北日本弧のレオロジー構造を構築し、数値シミュレーションによってモデルの検証・改良を行う。さらに地殻流体と地震活動の移動との関係を明らかにする。
　得られた構造に基づきシミュレーションによって推定された応力・歪の時空間変化と、地震・火山活動の時空間変化との比較を通じて、今後の内陸地震や火山噴火の発生ポテンシャルの評価に資することを本研究の目的とする。

（8）本課題の5か年計画の概要：

地震観測

• 2011年東北地方太平洋沖地震の余震・誘発地震活動を把握するために設置された臨時・地震観測点およびそれ以外の臨時観測点を再編成して地震観測を継続（H26～30年度）。
• いわき地域～猪苗代湖南部（H26～27年度）と猪苗代湖南部～新潟県三条市（H28～29年度）の測線において、それぞれ60点の臨時地震リニアアレイ観測を実施。
• これらの結果に基づき東北日本弧の上部地殻～最上部マントルにかけての地震波速度・減衰・異方性構造、詳細な震源分布を推定（H26～30年度）。
• 微小地震クラスター内の震源移動の検出、繰り返し地震のコーダ波解析、波形干渉法解析等を通して、地殻流体に関わる地震発生場の時間変化の検出を試行（H26～30年度）。
• 応力テンソルインバージョンにより、応力の時空間変化を推定（H26～30年度）。

測地観測

• 2011年東北地方太平洋沖地震の余効変動を把握するために設置された臨時GNSS観測点およびそれ以外の臨時観測点を再編成してGNSS観測を継続（H26～30年度）。
• 東北地方と北海道太平洋岸において、ハイブリッド重力観測を実施（H26～30年度）。
• 以上の測地観測から、変形場や応力場の時空間発展を詳細に解明（H26～30年度）。

電磁気観測

• いわき誘発地震域～中越地震震源域に至る領域で、広帯域ＭＴ法観測を実施するためのサイトサーベイを実施（H26年度）したのち、MT法観測を順次実施（H27～29年度）。
  既存のデータと上記の観測結果により東北地方の広域の3次元比抵抗構造を推定（H26～30年度）。

レオロジーモデリング

• 粘性構造推定のため、岩石変形機構を明らかにする実験的研究を実施（H26～30年度）。
• 内陸の粘弾塑性応答のシミュレーションコードを開発（H26～27年度）。
• 地震学・測地学・電磁気学的知見と物質科学的知見や素過程の実験的研究を融合することにより、岩質・温度・流体量等の分布を推定し、地殻・マントルのレオロジーモデルを構築（H28～29年度）。
• プレート境界面上の滑りの時空間変化を境界条件として与え、上記のレオロジーモデルを用いた、余効変動の数値シミュレーションを実施し、実際の歪分布や応力テンソルインバージョンの結果と比較することにより、モデルを改良（H29～30年度）。
• 北茨城/いわき地方の地震活動の時空間発展が説明可能な震源域スケールでのレオロジー構造を推定し、いわき内陸地震の発生過程を説明するモデルを構築（H30年度）。
• 東北地方太平洋沖地震発生時及び発生後の活断層や活火山の周辺の歪・応力変化をシミュレーションによって再現し、さらに、その外挿として、今後の歪・応力分布を推定することにより、内陸地震や火山噴火の発生ポテンシャルを検討（H30年度）。

（9）実施機関の参加者氏名または部署等名：

東北大学：岡田知己・中島淳一・太田雄策・三浦哲・市來雅啓・矢部康男・内田直希・松澤暢・武藤潤・趙大鵬・豊国源知・山本希・遠田晋次・飯沼卓史・他計約20名。
他機関との共同研究の有無：有
東京大学地震研究所：岩崎貴哉・平田直・小原一成・上嶋誠・飯高隆・酒井慎一・
平賀岳彦・蔵下英司・五十嵐俊博・福田淳一・小河勉・大久保修平・今西祐一・
田中愛幸・他計約20名。

• 地震観測は北海道大学（勝俣啓・高橋浩晃）、弘前大学（小菅正裕・渡邉和俊）、名古屋大学（山中佳子・加藤愛太郎）、京都大学防災研究所（片尾浩、・飯尾能久）、九州大学（松島健・松本聡）、鹿児島大学（宮町宏樹・後藤和彦）, 防災科学技術研究所
  （武田哲也・浅野陽一）をはじめとした全国連携の共同研究。
• GPS観測も山形大学（大園真子）をはじめとした全国連携の共同研究。
• 重力観測は北海道大学（大島弘光）との共同研究。
• 電磁気観測は秋田大学（坂中伸也）・東京工業大学（小川康雄）との共同研究。
• シミュレーションについては、建築研究所（芝崎文一郎）との共同研究。

（10）公開時にホームページに掲載する問い合わせ先

部署等名：東北大学大学院理学研究科
電話：022-225-1950
e-mail：zisin-yoti@aob.gp.tohoku.ac.jp
URL：http://www.aob.gp.tohoku.ac.jp

（11）この研究課題（または観測項目）の連絡担当者

氏名：松澤暢
所属：東北大学大学院理学研究科附属地震・噴火予知研究観測センター